محققان مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو روشی نوین برای خنکسازی ریزتراشهها معرفی کردهاند که با بهرهگیری از گرمای نهان آب جوش، عملکرد سیستمهای خنکسازی را بهشکل چشمگیری ارتقا میدهد. این دستاورد میتواند راهگشای چالشهای مدیریت حرارتی در الکترونیکهای نسل بعدی باشد.
قانون مور سالها پیشرفت تراشهها را به سمت کوچکتر و قدرتمندتر شدن سوق داده، اما این روند باعث افزایش چگالی حرارتی شده که روشهای خنکسازی معمول قادر به آن نیستند. سیستمهای فعلی مبتنی بر میکروکانالها تنها از حرارت محسوس آب استفاده میکنند، در حالی که گرمای نهان هنگام جوشیدن حدود ۷ برابر انرژی بیشتری را انتقال میدهد.
تیم تحقیقاتی با طراحی سیستم خنککننده دو فاز که شامل کانالهای ریزسیال سهبعدی، ساختارهای مویرگی و لایه توزیع متوازن سیال است، ضریب عملکرد (COP) عدد ۱۰۵ را ثبت کردهاند. این عدد نشاندهنده پیشرفت قابلتوجهی در مقایسه با روشهای رایج خنکسازی است.
محققان ژاپنی با سیستم خنکسازی دو فاز و آب جوش، عملکرد تراشهها را ۷ برابر بهبود بخشیدند 2نتایج آزمایشها نشان میدهد که هم هندسه میکروکانالها و هم کانالهای منشعب، نقش تعیینکنندهای در عملکرد حرارتی و هیدرولیکی سیستم ایفا میکنند. محققان با بهینهسازی این پارامترها، موانع مدیریت جریان بخار پس از جوشیدن را برطرف کردهاند.
یکی از مزیتهای منحصر به فرد این فناوری، قابلیت عملکرد غیرفعال آن است؛ یعنی سیستم میتواند بدون نیاز به پمپ، تنها با تکیه بر تغییر فاز مایع و همرفت، گرما را منتقل کند. این ویژگی کاربرد فناوری را فراتر از الکترونیک، به حوزههایی نظیر لیزرها، آشکارسازهای نوری، دیودهای نورانی، سامانههای راداری و صنایع خودرو و هوافضا گسترش میدهد.
پژوهشگران معتقدند با افزایش توان و فشردگی قطعات الکترونیکی، راهکار پیشنهادی میتواند بهرهوری و پایداری تجهیزات را بهشکل چشمگیری بهبود بخشد و از طریق مدیریت بهتر گرما، به تحقق اهداف کاهش کربن کمک کند. نتایج این پروژه در نشریه سل رپورترز فیزیکال ساینس منتشر شده است.